KR101900630B1

KR101900630B1 - Cross waveguide

Info

Publication number: KR101900630B1
Application number: KR1020177003887A
Authority: KR
Inventors: 완위안 류; 신 투; 훙옌 푸
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2018-09-19
Also published as: US20170123155A1; CN106537199B; KR20170033344A; US9766399B2; WO2016008116A1; CN106537199A

Abstract

교차 도파관은 제1 도파관과 제2 도파관을 포함한다. 제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되고, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역(101)이고, 제1 도파관 및 제2 도파관 양자 모두는 얕은 에칭부(103) 및 코어층(102)을 포함한다. 얕은 에칭부(103)는 코어층(102)의 축에 대해 길이 방향으로 코어층(102)의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포된다. 코어층(102)의 폭이나 얕은 에칭부(103)의 폭을 적절히 조정함으로써, 교차 도파관에서의 광파를 전송하는 것의 에너지 손실이 효과적으로 감소될 수 있다.The cross waveguide includes a first waveguide and a second waveguide. The first waveguide and the second waveguide are arranged perpendicularly and intersecting one another, and the region formed by the intersection of the first waveguide and the second waveguide is the intersection region 101, and both the first waveguide and the second waveguide are shallow An etching portion 103 and a core layer 102. [ The shallow etch portions 103 are distributed symmetrically on two sides of the core layer 102 in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer 102. By appropriately adjusting the width of the core layer 102 or the width of the shallow etching portion 103, the energy loss in transferring the light wave in the cross waveguide can be effectively reduced.

Description

Cross waveguide {CROSS WAVEGUIDE}

본 발명은 광통신 기술에 관한 것으로, 특히 교차 도파관에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical communication technique, and more particularly to a cross waveguide.

최초의 레이저의 출현 이후, 인간의 의사 소통에 엄청난 개혁이 일어났다. 광은 높은 속도와 안정성을 특징으로 하기 때문에, 정보의 캐리어로서, 광은 인간의 의사 소통을 적시에 그리고 편리하게 할 수 있게 한다. 과학과 기술의 발달과 함께 전력 소비 및 듀티 사이클 측면에서의 단점들이 점차 종래의 모듈 광학에 나타난다. 광학 경로 설계에서 다수의 재료들의 통합이 시도되었지만 기술 제한으로 인해 개발이 제한적이다. 그러나, 실리콘 광학은 회로 기술과의 호환성 때문에 관심을 끌고 있다. 사람들은 집적 광학이 실리콘의 관점에서 전기와 동일한 경로를 가질 수 있을 것으로 기대한다.Since the advent of the first laser, there has been tremendous reform in human communication. Because light is characterized by high speed and stability, as a carrier of information, light allows human communication to be done in a timely and convenient manner. With advances in science and technology, disadvantages in terms of power consumption and duty cycle are increasingly seen in conventional module optics. Integration of multiple materials in optical path design has been attempted, but development is limited due to technology limitations. However, silicon optics is attracting attention due to compatibility with circuit technology. People expect that integrated optics can have the same path as electrons in terms of silicon.

실리콘 광은 고 굴절률 콘트라스트 비 때문에 대규모 및 고밀도 집적에 적용될 수 있다. 또한, 실리콘 광은 전기 칩의 성숙한 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 기술을 추가로 사용할 수 있어, 실리콘 광은 고유한 이점을 갖는다. 그러나, 광학 경로는 회로의 유연성을 갖지 않는다. 대규모 스위치 매트릭스에서는 도파관의 교차를 방지할 수 없다. 실리콘 광 플랫폼에서 교차 도파관은 극히 핵심 디바이스이다. 하나의 교차 도파관의 손실 값이 0.3 dB이고 스위치 매트릭스의 교차 도파관의 수가 100개인 경우에, 교차 도파관만으로 발생한 손실은 30 dB이므로 큰 손실이다. 따라서, 교차 도파관 손실을 감소시키는 것이 극히 필요하다.Silicon light can be applied to large-scale and high-density integration due to the high refractive index contrast ratio. In addition, silicon light can further utilize the mature complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology of the electrical chip, and silicon light has inherent advantages. However, the optical path does not have the flexibility of the circuit. The intersection of the waveguides can not be prevented in the large-scale switch matrix. In silicon optical platforms, the cross waveguide is an extremely critical device. When the loss value of one cross waveguide is 0.3 dB and the number of cross waveguides in the switch matrix is 100, the loss caused by the cross waveguide alone is 30 dB, which is a large loss. Therefore, it is extremely necessary to reduce the cross waveguide loss.

종래 기술에서, 교차 도파관 손실을 감소시키는 목적은 모드 확장에 기초한 교차 도파관을 사용함으로써 달성된다. 광파 모드의 확장은 도파관 구조체의 변화를 이용하여 구현되며, 즉 코어층의 폭이 교차 영역 쪽으로 넓어지고 얕은 에칭부가 증가하여, 광파 필드 분포의 변화가 달성되어서 교차 영역에서의 광학적 발산을 감소시킨다. 다중 모드 간섭에 기초한 교차 도파관은 종래 기술에서 또한 사용되는데, 즉 교차 도파관은 교차 영역에서 다중 모드 도파관이고, 입력 단부와 출력 단부에서 단일 모드 도파관이어서, 교차 도파관 손실을 감소시키는 목적이 달성된다. 즉, 교차 도파관의 입력 단부 및 출력 단부의 도파관은 단일 모드 도파관이며, 교차 영역의 도파관은 다중 모드 도파관이다. 다중 모드 간섭에 의해 생성된 이미지 포인트는 교차 영역에서 광파 손실을 감소시키는 데 사용된다. 그러나, 종래 기술에서는, 필드 분포의 변화 및 도파관 모드의 변화로 인해 추가 손실이 발생한다.In the prior art, the purpose of reducing cross waveguide losses is achieved by using a cross waveguide based on mode extension. Extension of the light wave mode is realized using a variation of the waveguide structure, i.e. the width of the core layer is widened toward the crossing region and the shallow etching portion is increased, so that the change of the light wave field distribution is achieved, thereby reducing the optical dissipation in the crossing region. Crossed waveguides based on multimode interference are also used in the prior art, i.e., the crossed waveguide is a multimode waveguide at the crossing region and is a single mode waveguide at the input end and the output end, thereby achieving the goal of reducing crossed waveguide losses. That is, the waveguide at the input end and the output end of the cross waveguide is a single mode waveguide, and the waveguide in the crossing region is a multi-mode waveguide. The image points generated by the multimode interference are used to reduce the light wave loss in the intersection area. However, in the prior art, additional losses occur due to changes in field distribution and waveguide mode.

본 발명의 실시예는 종래 기술의 교차 도파관에서의 광파 전송 동안의 필드 분포의 변화 및 도파관 모드의 변화로 인한 여분의 손실을 감소시키기 위해 교차 도파관을 제공한다.Embodiments of the present invention provide a cross waveguide to reduce the loss of field due to changes in field distribution and waveguide mode changes during light wave transmission in prior art cross waveguides.

본 발명의 제1 양태는 제1 도파관 및 제2 도파관을 포함하는 교차 도파관을 제공하며,A first aspect of the present invention provides a cross waveguide comprising a first waveguide and a second waveguide,

제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되고, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역이고,The first waveguide and the second waveguide are arranged perpendicularly and intersectively, and the region formed by the intersection of the first waveguide and the second waveguide is a crossing region,

제1 도파관 및 제2 도파관은 얕은 에칭부 및 코어층을 각각 포함하고, 얕은 에칭부는 코어층의 축에 대해 길이 방향으로 코어층의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포되고,The first waveguide and the second waveguide each comprising a shallow etched portion and a core layer, the shallow etched portions being distributed symmetrically on two sides of the core layer in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer,

제1 도파관의 일 단부는 제1 입력 도파관이고, 다른 단부는 제1 출력 도파관이며, 제2 도파관의 일 단부는 제2 입력 도파관이고, 다른 단부는 제2 출력 도파관이고,One end of the first waveguide is the first input waveguide and the other end is the first output waveguide, one end of the second waveguide is the second input waveguide and the other end is the second output waveguide,

제1 입력 도파관의 코어층은 동일한 폭을 갖도록 배치되고, 제1 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들은 동일하고,The core layers of the first input waveguide are arranged to have the same width, the distances between the outer sides of the shallow etched portions of the first input waveguide are the same,

제2 입력 도파관의 코어층은 동일한 폭을 갖도록 배치되고, 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들은 동일하고, The core layers of the second input waveguide are arranged to have the same width, the distances between the outer sides of the shallow etched portions of the second input waveguide are the same,

제1 출력 도파관의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 코어층은 제1 입력 도파관의 코어층보다 좁고, 제1 출력 도파관의 다른 단부에서의 코어층은 제1 입력 도파관의 코어층과 폭에 있어서 동일하고, 제1 출력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들이 동일하고, 제2 출력 도파관의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 코어층은 제2 입력 도파관의 코어층보다 좁고, 제2 출력 도파관의 다른 단부에서의 코어층은 제2 입력 도파관의 코어층과 폭에 있어서 동일하고, 제2 출력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들은 동일하거나,The core layer at one end of the first output waveguide and near the crossing region is narrower than the core layer of the first input waveguide and the core layer at the other end of the first output waveguide is narrower than the core layer of the first input waveguide And the core layers at one end of the second output waveguide and near the crossing region are narrower than the core layers of the second input waveguide and the second output The core layer at the other end of the waveguide is the same in width as the core layer of the second input waveguide and the distances between the outer sides of the shallow etched portion of the second output waveguide are the same,

제1 출력 도파관 내의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제1 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리보다 작고, 제1 출력 도파관의 다른 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리가 제1 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리와 동일하고, 제2 출력 도파관 내의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리보다 작고, 제2 출력 도파관의 다른 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리와 동일하다.The distance between the outer portions of the shallow etch portion at one end in the first output waveguide and near the crossing region is less than the distance between the outer portions of the shallow etch portion of the first input waveguide and the distance between the shallow etch portions at the other end of the first output waveguide The distance between the outer portions is equal to the distance between the outer portions of the shallow etch portion of the first input waveguide and the distance between the outer portions of the shallow etch portion at one end in the second output waveguide and close to the cross region, The distance between the outer portions of the shallow etched portion and the distance between the outer portions of the shallow etched portion at the other end of the second output waveguide is equal to the distance between the outer portions of the shallowed etched portion of the second input waveguide.

제1 양태의 제1 가능한 구현 방식에서, 코어층은 얕은 에칭부보다 두껍다.In a first possible implementation of the first aspect, the core layer is thicker than the shallow etched portion.

제1 양태의 제2 가능한 구현 방식에서, 제1 도파관 및 제2 도파관은 축들에 각각 평행하다.In a second possible implementation of the first aspect, the first waveguide and the second waveguide are each parallel to the axes.

제1 양태의 제3 가능한 구현 방식에서, 제1 출력 도파관은 점차 넓어지고 제2 출력 도파관은 점차 넓어진다.In a third possible implementation of the first aspect, the first output waveguide is gradually widened and the second output waveguide is widened.

제1 양태의 제4 가능한 구현 방식에서, 제1 출력 도파관의 얕은 에칭부는 점차 넓어지고, 제2 출력 도파관의 얕은 에칭부는 점차 넓어진다.In a fourth possible implementation of the first aspect, the shallow etch of the first output waveguide is gradually widened, and the shallow etched portion of the second output waveguide is gradually widened.

제1 양태, 또는 제1 양태의 제1 가능한 구현 방식 내지 제4 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하면, 제1 양태의 제5 가능한 구현 방식에서, 제1 도파관과 제2 도파관 양자 모두는 다중 모드 도파관들이다.Referring to either the first aspect or any one of the first to fourth possible implementations of the first aspect, in a fifth possible implementation of the first aspect, both the first waveguide and the second waveguide are arranged in a multi-mode Waveguides.

제1 양태, 또는 제1 양태의 제1 가능한 구현 방식 내지 제4 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하면, 제1 양태의 제6 가능한 구현 방식에서, 제1 도파관과 제2 도파관 양자 모두는 리지(ridge) 도파관들이다.Referring to either the first aspect or any one of the first to fourth possible implementations of the first aspect, in the sixth possible implementation of the first aspect, both the first waveguide and the second waveguide are ridge- ridge waveguides.

제1 양태의 제1 양태 또는 제1 가능한 구현 방식 내지 제4 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하면, 제1 양태의 제7 가능한 구현 방식에서, 얕은 에칭부는 재료에 있어서 코어층과 동일하다.Referring to either the first aspect of the first aspect or any of the first to fourth possible implementations, in a seventh possible implementation of the first aspect, the shallow etch is the same as the core layer in the material.

제1 양태, 또는 제1 양태의 제1 가능한 구현 방식 내지 제7 가능한 구현 방식 중 어느 하나를 참조하면, 제1 양태의 제8 가능한 구현 방식에서, 교차 영역의 중심과 제1 도파관의 2개의 단부 사이의 거리들은 동일하고,Referring to either the first or the first to seventh possible implementations of the first aspect, in an eighth possible implementation of the first aspect, the center of the cross region and the two ends of the first waveguide Are the same,

교차 영역의 중심과 제2 도파관의 2개의 단부 사이의 거리들은 동일하다.The distances between the center of the intersection region and the two ends of the second waveguide are the same.

본 발명의 제2 양태는 제1 양태, 또는 제1 양태의 제1 구현 방식 내지 제8 구현 방식 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 교차 도파관을 포함하는 스위치 매트릭스를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a switch matrix comprising at least one cross waveguide according to either the first aspect or the first to eighth implementations of the first aspect.

본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관은 제1 도파관 및 제2 도파관을 포함하고, 제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되며, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역이고, 제1 도파관 및 제2 도파관은 얕은 에칭부 및 코어층을 각각 포함하고, 얕은 에칭부는 코어층의 축에 대해 길이 방향으로 코어층의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포된다. 코어층의 폭이나 얕은 에칭부의 폭을 적절히 조정함으로써, 교차 도파관에서 광파 전송 동안 발생되는 에너지 손실이 효과적으로 감소될 수 있다.The cross waveguide provided in this embodiment of the present invention includes a first waveguide and a second waveguide, wherein the first waveguide and the second waveguide are arranged perpendicularly and intersecting each other, and the intersection portion of the first waveguide and the second waveguide Wherein the first waveguide and the second waveguide each comprise a shallow etch and a core layer, wherein the shallow etch is symmetrical on the two sides of the core layer in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer . By appropriately adjusting the width of the core layer or the width of the shallow etched portion, the energy loss generated during the light wave transmission in the cross waveguide can be effectively reduced.

본 발명의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 이하에서는 실시예 또는 종래 기술을 설명하기 위해 요구되는 첨부 도면을 간단히 설명한다. 명백하게, 이하의 설명에서의 첨부 도면은 본 발명의 일부 실시예를 도시하고, 본 기술분야의 통상의 기술자는 창조적인 노력 없이 이들 첨부 도면으로부터 다른 도면을 또한 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 교차 도파관의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 교차 도파관에서의 전계 분포 에뮬레이션(emulation) 결과의 도면이다.
도 3은 BPM을 이용한 수치 안정성 연구의 결과이다.
도 4는 FDTD를 이용하여 수행되는 수치 안정성 연구의 결과이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 교차 도파관의 개략적인 구조도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the technical solution of an embodiment of the present invention, the accompanying drawings, which are required to illustrate the embodiments or the prior art, are briefly described below. Obviously, the appended drawings in the following description illustrate some embodiments of the invention and those of ordinary skill in the art can also derive other drawings from these attached drawings without creative effort.
1 is a schematic structural view of a cross waveguide according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram of the electric field distribution emulation result in the cross waveguide according to the first embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the results of numerical stability studies using BPM.
Figure 4 is the result of a numerical stability study carried out using FDTD.
5 is a schematic structural view of a cross waveguide according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들의 목적, 기술적 해결책 및 이점들을 보다 명확하게 하기 위해, 이하에서는 본 발명의 실시예들에서의 기술적 해결책을 본 발명의 실시예들에서의 첨부 도면들을 참조하여 보다 명확하게 설명한다. 명백하게, 설명된 실시예들은 본 발명의 실시예들의 일부이지만 전부는 아니다. 창의적인 노력 없이 본 발명의 실시예에 기초하여 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 본 발명의 보호 범위 내에 속할 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the objects, technical solutions and advantages of the embodiments of the present invention, technical solutions in embodiments of the present invention will now be described more clearly with reference to the accompanying drawings in embodiments of the present invention . Obviously, the described embodiments are but a few of the embodiments of the invention. All other embodiments, which are obtained by one of ordinary skill in the art based on an embodiment of the present invention without creative effort, will fall within the scope of protection of the present invention.

본 발명의 실시예는 제1 도파관 및 제2 도파관을 포함하는 교차 도파관을 제공한다.Embodiments of the present invention provide a cross waveguide comprising a first waveguide and a second waveguide.

제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되고, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역이다.The first waveguide and the second waveguide are arranged perpendicularly and intersectively, and the region formed by the intersection of the first waveguide and the second waveguide is a crossing region.

제1 도파관 및 제2 도파관은 얕은 에칭부 및 코어층을 각각 포함하고, 얕은 에칭부는 코어층의 축에 대해 길이 방향으로 코어층의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포된다.The first waveguide and the second waveguide each include a shallow etched portion and a core layer, and the shallow etched portions are symmetrically distributed on two sides of the core layer in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer.

제1 도파관의 일 단부는 제1 입력 도파관이고, 다른 단부는 제1 출력 도파관이다. 제2 도파관의 일 단부는 제2 입력 도파관이고, 다른 단부는 제2 출력 도파관이다.One end of the first waveguide is the first input waveguide and the other end is the first output waveguide. One end of the second waveguide is the second input waveguide, and the other end is the second output waveguide.

제1 입력 도파관의 코어층은 동일한 폭을 갖도록 배치되고, 제1 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들은 동일하다.The core layers of the first input waveguide are arranged to have the same width and the distances between the outer sides of the shallow etched portion of the first input waveguide are the same.

제2 입력 도파관의 코어층은 동일한 폭을 갖도록 배치되고, 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들은 동일하다.The core layers of the second input waveguide are arranged to have the same width and the distances between the outer sides of the shallow etched portion of the second input waveguide are the same.

제1 출력 도파관의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 코어층은 제1 입력 도파관의 코어층보다 좁고, 제1 출력 도파관의 다른 단부에서의 코어층은 제1 입력 도파관의 코어층과 폭에 있어서 동일하고, 제1 출력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들이 동일하고, 제2 출력 도파관의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 코어층은 제2 입력 도파관의 코어층보다 좁고, 제2 출력 도파관의 다른 단부에서의 코어층은 제2 입력 도파관의 코어층과 폭에 있어서 동일하고, 제2 출력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들은 동일하다.The core layer at one end of the first output waveguide and near the crossing region is narrower than the core layer of the first input waveguide and the core layer at the other end of the first output waveguide is narrower than the core layer of the first input waveguide And the core layers at one end of the second output waveguide and near the crossing region are narrower than the core layers of the second input waveguide and the second output The core layer at the other end of the waveguide is the same in width as the core layer of the second input waveguide and the distances between the outer sides of the shallow etched portion of the second output waveguide are the same.

대신에, 제1 출력 도파관 내의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제1 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리보다 작고, 제1 출력 도파관의 다른 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리가 제1 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리와 동일하고, 제2 출력 도파관 내의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리보다 작고, 제2 출력 도파관의 다른 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리와 동일하다.Instead, the distance between the outer portions of the shallow etch in one end of the first output waveguide and near the crossing region is less than the distance between the outer portions of the shallow etch of the first input waveguide, The distance between the outer portions of the shallow etch portion is equal to the distance between the outer portions of the shallow etch portion of the first input waveguide and the distance between the outer portions of the shallow etch portion at one end in the second output waveguide, The distance between the outer portions of the shallow etched portion of the second input waveguide and the distance between the outer portions of the shallow etched portion at the other end of the second output waveguide is equal to the distance between the outer portions of the shallowed etched portion of the second input waveguide.

본 발명의 실시예에 제공된 교차 도파관은 제1 도파관과 제2 도파관을 포함하고, 제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되며, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역이고, 제1 도파관 및 제2 도파관은 얕은 에칭부 및 코어층을 각각 포함하고, 얕은 에칭부는 코어층의 축에 대해 길이 방향으로 코어층의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포된다. 코어층의 폭이나 얕은 에칭부의 폭을 적절히 조정함으로써, 교차 도파관에서의 광파 전송 동안 발생되는 에너지 손실이 효과적으로 감소될 수 있다.The cross waveguide provided in the embodiment of the present invention includes a first waveguide and a second waveguide, wherein the first waveguide and the second waveguide are arranged perpendicularly and intersecting each other, and the intersection of the first waveguide and the second waveguide The first waveguide and the second waveguide each comprise a shallow etch and a core layer and the shallow etch is symmetrically distributed on two sides of the core layer in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer . By appropriately adjusting the width of the core layer or the width of the shallow etching portion, the energy loss generated during the light wave transmission in the cross waveguide can be effectively reduced.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 교차 도파관의 개략적인 구조도이다. 본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관은 출력 도파관에서 코어층의 폭을 변화시키는 시나리오에 적용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서 제공된 교차 도파관은 제1 도파관 및 제2 도파관을 포함한다.1 is a schematic structural view of a cross waveguide according to a first embodiment of the present invention. The cross waveguide provided in this embodiment of the present invention is applied to the scenario of varying the width of the core layer in the output waveguide. As shown in Fig. 1, the cross waveguide provided in this embodiment includes a first waveguide and a second waveguide.

제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되고, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역(101)이고, 제1 도파관과 제2 도파관은 얕은 에칭부(103) 및 코어층(102)을 각각 포함하며, 얕은 에칭부는 코어층의 축에 대해 길이 방향으로 코어층의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포된다.The first waveguide and the second waveguide are arranged perpendicularly and intersecting one another and the region formed by the intersection of the first waveguide and the second waveguide is the intersection region 101. The first waveguide and the second waveguide have a shallow etch (103) and a core layer (102), the shallow etched portions being symmetrically distributed on two sides of the core layer in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer.

얕은 에칭부는 코어층과 재료가 실리콘이라는 점에서 동일하다. 도파관 제조의 초기 단계에서 원래의 도파관은 실리콘 기판이다. 우선, 도파관 내에서 제1 도파관의 영역 및 제2 도파관의 영역이 결정되고, 도파관의 이 부분에 대해서는 어떠한 처리도 행하지 않는다. 그 후, 얕은 에칭부의 영역이 제1 도파관 및 제2 도파관 주위에서 결정되고, 도파관의 이 부분은 균일하게 에칭된다. 에칭된 도파관은 제1 도파관 및 제2 도파관보다 얇고, 에칭 후에 얕은 에칭부가 형성된다. 또한, 제1 도파관의 영역, 제2 도파관의 영역 및 얕은 에칭부 이외의 실리콘 기판 내의 다른 부분은 제거된다. 최종적으로, 처리된 실리콘 기판은 실리콘 이산화물을 사용하여 피복되어서 피복층을 형성, 즉, 이러한 실시예에서 교차 도파관을 형성한다.The shallow etch is the same in that the core layer and material are silicon. At the initial stage of waveguide fabrication, the original waveguide is a silicon substrate. First, the region of the first waveguide and the region of the second waveguide are determined in the waveguide, and no processing is performed on this portion of the waveguide. A region of the shallow etch is then determined around the first waveguide and the second waveguide, and this portion of the waveguide is uniformly etched. The etched waveguide is thinner than the first waveguide and the second waveguide, and a shallow etched portion is formed after etching. Further, the region of the first waveguide, the region of the second waveguide, and other portions in the silicon substrate other than the shallow etched portions are removed. Finally, the treated silicon substrate is coated with silicon dioxide to form a coating layer, i. E., In this embodiment, a crossed waveguide.

또한, 제1 도파관 및 제2 도파관은 축에 각각 평행하다.Further, the first waveguide and the second waveguide are respectively parallel to the axis.

제1 도파관의 일 단부는 제1 입력 도파관(104)이고, 제1 도파관의 다른 단부는 제1 출력 도파관(105)이며, 즉 제1 도파관은 제1 입력 도파관(104), 교차 영역(101) 및 제1 출력 도파관(105)을 포함한다.One end of the first waveguide is a first input waveguide 104 and the other end of the first waveguide is a first output waveguide 105, that is, a first waveguide includes a first input waveguide 104, a crossing region 101, And a first output waveguide (105).

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 입력 도파관(104)의 코어층은 동일한 폭을 갖도록 배치된다. 제1 출력 도파관(105)의 그리고 교차 영역(101)에 가까운 일 단부에서의 코어층은 제1 입력 도파관(104)의 코어층보다 좁다. 제1 출력 도파관(105)의 다른 단부에서의 코어층, 즉 교차 영역(101)으로부터 먼쪽으로 향하는 단부의 코어층은 폭에 있어서 제1 입력 도파관(104)의 코어층과 동일하다. 제1 입력 도파관(104)의 코어층 주위에 대칭적으로 분포된 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들은 동일하고, 제1 출력 도파관(105)의 코어층 주위에 대칭적으로 분포된 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리들 또한 동일하고, 즉 도 1에 도시된 바와 같이, 얕은 에칭부는 코어층의 길이 방향으로 2개의 측부 상에 균일하게 분포되고, 2개의 측부 상에서의 얕은 에칭부의 최외각 측부들 사이의 거리들은 동일하다.As shown in Fig. 1, the core layers of the first input waveguide 104 are arranged to have the same width. The core layer at one end of the first output waveguide 105 and near the intersection region 101 is narrower than the core layer of the first input waveguide 104. The core layer at the other end of the first output waveguide 105, that is, the core layer at the end facing away from the cross region 101, is the same as the core layer of the first input waveguide 104 in the width. The distances between the outer portions of the shallow etched portions symmetrically distributed around the core layer of the first input waveguide 104 are the same and the outer portions of the shallow etched portions symmetrically distributed around the core layer of the first output waveguide 105 The shallow etchings are evenly distributed on the two sides in the longitudinal direction of the core layer and the distance between the outermost sides of the shallow etch on the two sides Are the same.

제1 도파관에 수직인 제2 도파관은 제1 도파관과 동일한 구조, 즉 제2 도파관의 일 단부는 제2 입력 도파관이고, 제2 도파관의 다른 단부는 제2 출력 도파관이고, 제2 도파관의 코어층 및 얕은 에칭부는 구조 및 폭에 있어서 제1 도파관의 코어층 및 얕은 에칭부와 동일하다. 상세 사항들은 다시 설명하지 않는다.The second waveguide perpendicular to the first waveguide has the same structure as the first waveguide, i.e., one end of the second waveguide is the second input waveguide, the other end of the second waveguide is the second output waveguide, And the shallow etched portion are the same in structure and width as the core layer and shallow etched portion of the first waveguide. The details are not explained again.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 도파관은 도 1에서 수평으로 배치된 도파관이고, 제2 도파관은 도 1에서 수직으로 배치된 도파관이고, 제1 도파관과 제2 도파관은 수직 및 교차식으로 배치된다. 제1 도파관과 제2 도파관이 수직 및 교차식으로 배치되기 때문에, 교차 영역(101)이 형성된다. 또한, 교차 영역(101)의 중심과 제1 도파관의 2개의 단부 사이의 거리들은 동일하고, 교차 영역(101)의 중심과 제2 도파관의 2개의 단부 사이의 거리들도 동일하고, 제1 도파관은 제2 도파관과 길이가 동일하다. 도 1에 도시된 교차 도파관은 피복층을 추가로 포함한다. 피복층은 제1 도파관에 대응하는 코어층 및 얕은 에칭부와, 제2 도파관에 대응하는 코어층 및 얕은 에칭부를 감싸는 데 사용된다. 피복층은 구체적으로 광파 전송 프로세스에서, 전송 동안 코어층 내에 광파를 유지하는 데 사용된다.Specifically, as shown in Fig. 1, the first waveguide is a horizontally disposed waveguide in Fig. 1, the second waveguide is a vertically disposed waveguide in Fig. 1, and the first waveguide and the second waveguide are perpendicular and intersecting . Since the first waveguide and the second waveguide are arranged vertically and intersectively, a crossing region 101 is formed. The distances between the center of the cross region 101 and the two ends of the first waveguide are the same and the distances between the center of the cross region 101 and the two ends of the second waveguide are the same, Is the same length as the second waveguide. The cross waveguide shown in Fig. 1 further comprises a coating layer. The covering layer is used to cover the core layer corresponding to the first waveguide and the shallow etching portion, the core layer corresponding to the second waveguide and the shallow etching portion. The coating layer is specifically used in a light wave transmission process to maintain a light wave in the core layer during transmission.

또한, 제1 도파관 및 제2 도파관 양자 모두는 다중 모드 도파관들, 즉 동시에 (통상적으로 3개 모드보다 많은) 다중 모드들로 전송하는 데 사용될 수 있는 도파관들이다. 제1 도파관의 제1 입력 도파관(104)에서 광파가 전송되는 경우에, 광파는 스트립 도파관에서 전송되는 것과 동등하고, 광파가 스트립 도파관에서 전송되는 경우에, 스트립 도파관은 3차원 도파관과 동등하다, 즉 스트립 도파관은 x 방향, y 방향 및 z 방향을 갖는다. 광파는 z 방향으로 전파되고 z 방향에 수직인 x-y 평면 상에서 x 방향 및 y 방향으로 제한된다. 따라서, 광파는 2차원적인 제한을 갖는 3차원 도파관에서 전송되는 것으로 간주될 수 있다.In addition, both the first waveguide and the second waveguide are multi-mode waveguides, i.e., waveguides that can be used to transmit simultaneously (typically more than three modes) in multiple modes. When the optical wave is transmitted in the first input waveguide 104 of the first waveguide, the optical wave is equivalent to that transmitted in the strip waveguide, and when the optical wave is transmitted in the strip waveguide, the strip waveguide is equivalent to the three- That is, the strip waveguide has x-direction, y-direction and z-direction. The light waves are confined in the x and y directions on the x-y plane propagating in the z direction and perpendicular to the z direction. Therefore, the light wave can be regarded as being transmitted in a three-dimensional waveguide having a two-dimensional limitation.

제1 입력 도파관(104)으로부터 교차 영역(101)으로 광파가 전송되는 경우에, 도파관 구조체가 변하기 때문에, 즉 광파 전송 방향에 수직인 방향에서의 도파관이 급격히 넓어지기 때문에, 이 경우 광파가 스트립 도파관에서 슬래브 도파관으로 전송되는 것과 동등하다. 광파가 슬래브 도파관에서 전송되는 경우에, 슬래브 도파관은 2차원 도파관과 동등하며, 즉 슬래브 도파관은 x 방향과 y 방향을 갖는다. 광파는 x 방향으로 전파되며 x 방향에 수직인 y 방향으로만 제한된다. 따라서, 광파는 1차원적인 제한을 갖는 2차원 도파관에서 전송되는 것으로 간주될 수 있다. 이 경우에, 2차원적인 제한을 갖는 3차원 도파관으로부터 1차원적인 제한을 갖는 2차원 도파관으로 광파가 전송되는 것은 동등하며, 불가피하게 광파의 발산, 즉 일부 광파의 확장 도파관으로의 발산이 발생하여, 광파 손실을 일으킨다.In the case where a light wave is transmitted from the first input waveguide 104 to the intersection region 101, since the waveguide structure is changed, that is, the waveguide in the direction perpendicular to the light wave transmission direction is rapidly widened, Lt; / RTI > to the slab waveguide. When light waves are transmitted in a slab waveguide, the slab waveguide is equivalent to a two-dimensional waveguide, i.e. the slab waveguide has x and y directions. The light wave propagates in the x-direction and is limited only in the y-direction perpendicular to the x-direction. Therefore, the light wave can be regarded as being transmitted in a two-dimensional waveguide having a one-dimensional limitation. In this case, it is equivalent that a light wave is transmitted from a three-dimensional waveguide having a two-dimensional limitation to a two-dimensional waveguide having a one-dimensional limitation. Inevitably, the divergence of the light wave, , Causing a light wave loss.

종래 기술에서, 교차 영역에서 광파 발산을 감소시키기 위해 다중 모드 간섭(MMI)에 기초한 교차 도파관이 일반적으로 사용된다. 구체적으로, MMI 교차 도파관의 입력 단부 및 출력 단부에서의 도파관들은 단일 모드 도파관들이고, 교차 영역의 도파관은 다중 모드 도파관이고, 다중 모드 간섭에 의해 생성된 이미지 포인트는 교차 영역에서의 광파 손실을 감소시키는 데 사용된다. 광파가 입력 단부에서 교차 도파관으로 입력될 때, 먼저, 광파는 단일 모드 도파관을 통과한 다음 다중 모드 도파관에 입사하고, 다중 모드 도파관에서 다중 모드들을 유도한다. 모드들 사이에 간섭이 발생하고, 입사 도파관에서 이미지 포인트들의 주기적인 분포가 형성된다. 입력 도파관의 이미지 포인트들은 정확히 교차 영역에 있다. 이 경우에, 빔은 집속되고 발산은 감소된다. 교차 영역을 통과한 후에, 다중 모드 도파관 내의 광파는 단일 모드 도파관을 통해 출력된다. MMI 기반 교차 도파관의 구조체는 다중 모드 간섭 이미징 방법을 사용하여 설계된다. 그러나, MMI 기반 교차 도파관이고 교차 영역에서 생성된 이미지 포인트의 크기는 입력 도파관에서 광파의 크기와 완전히 동일하지 않으며, 일부 광파는 교차 영역에서 도파관 유형의 급격한 변화로 인해 여전히 발산될 수 있다. 또한, 광파가 단일 모드 도파관에서 다중 모드 도파관으로 전송되는 경우에 손실이 또한 존재한다.In the prior art, crossed waveguides based on multimode interference (MMI) are commonly used to reduce the wave dispersion in the crossing region. Specifically, the waveguides at the input and output ends of the MMI crossover waveguide are single-mode waveguides, the waveguides in the crossover region are multimode waveguides, and the image points generated by the multi-mode interference reduce the loss of light waves in the cross- . When the light wave is input to the cross waveguide at the input end, first, the light wave passes through the single mode waveguide and then enters the multi-mode waveguide and derives the multi-modes from the multi-mode waveguide. Interference occurs between the modes and a periodic distribution of image points in the incident waveguide is formed. The image points of the input waveguide are exactly in the intersecting region. In this case, the beam is focused and the divergence is reduced. After passing through the crossing area, the light waves in the multimode waveguide are output through the single mode waveguide. The structure of the MMI-based cross waveguide is designed using a multi-mode interference imaging method. However, the size of the image point generated in the crossing region and the MMI-based cross waveguide is not exactly the same as the magnitude of the light wave in the input waveguide, and some light waves can still be diverted due to the abrupt change in the waveguide type in the crossing region. There is also a loss when the light wave is transmitted from the single mode waveguide to the multi-mode waveguide.

도 1에 도시된 본 발명의 이러한 실시예에서 제공된 교차 도파관에서, 먼저, 도파관 엔티티의 물리적 폭에 대한, 다중 모드 도파관에서의 광파 전송 동안 모드 필드의 폭의 비가 감소되기 때문에, 다중 모드 도파관에 의해 형성된 교차 영역에서 광파 전송 동안 발생되는 손실은 단일 모드 도파관에 의해 형성된 교차 영역에서의 광파 전송 동안 발생되는 손실보다 작다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시예에서 제1 도파관과 제2 도파관 양자 모두는 다중 모드 도파관들이다. 둘째, 코어층 및 피복층을 포함하고 얕은 에칭부를 제외한 도파관에서, 코어층의 재료는 실리콘이고, 피복층의 재료는 실리콘 이산화물이고, 실리콘의 굴절률은 3.42이고, 실리콘 이산화물의 굴절률은 1.4이며, 광파가 도파관에서 전송되고 교차 도파관 영역에 입사할 때, 재료의 굴절률은 도파관 구조체의 급격한 변화로 인해 상대적으로 큰 변화를 가져서, 광파 발산이 일어난다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시예에서는 도파관의 코어층 주위에 분포된 얕은 에칭부가 존재하고, 얕은 에칭부는 코어층과 동일한 재료를 갖는다. 이러한 방식으로, 코어층을 제외한 도파관 내의 다른 부분의 굴절률이 증가되어서, 광파가 도파관에서 전송되어 교차 도파관 영역으로 입사할 때, 재료의 굴절률은 상대적으로 작은 변화를 가져서, 광파의 발산 및 광파 손실을 감소시키는 목적이 달성될 수 있다.In the cross waveguide provided in this embodiment of the present invention shown in Fig. 1, first, the ratio of the width of the mode field during the light wave transmission in the multi-mode waveguide to the physical width of the waveguide entity is reduced by the multi-mode waveguide The loss occurring during the light wave transmission in the formed crossing region is smaller than the loss generated during the light wave transmission in the crossing region formed by the single mode waveguide. Thus, in this embodiment of the invention both the first waveguide and the second waveguide are multimode waveguides. Second, in a waveguide including a core layer and a coating layer and excluding a shallow etched portion, the material of the core layer is silicon, the material of the coating layer is silicon dioxide, the refractive index of silicon is 3.42, the refractive index of silicon dioxide is 1.4, The refractive index of the material has a relatively large change due to the abrupt change of the waveguide structure, so that the light wave divergence occurs. Thus, in this embodiment of the present invention, there is a shallow etched portion distributed around the core layer of the waveguide, and the shallow etched portion has the same material as the core layer. In this way, the refractive index of the other portion of the waveguide except the core layer is increased so that when the light wave is transmitted through the waveguide and incident on the cross waveguide region, the refractive index of the material has a relatively small change, Can be achieved.

구체적으로, 제1 도파관이 다중 모드 도파관이기 때문에, 단일 모드 도파관으로부터 다중 모드 도파관으로 광파가 전송될 때 야기되는 광파 에너지의 손실이 초래되지 않는다. 광파가 2차원적인 제한을 갖는 3차원 도파관에서 전송될 때, 즉 광파가 제1 입력 도파관(104)에서 전송될 때, 코어층과 동일한 재료를 갖는 상대적으로 넓은 얕은 에칭부는 제1 입력 도파관(104)의 코어층 주위에 분포되기 때문에 코어층을 제외한 부분의 굴절률이 상대적으로 증가되어 광파가 코어층에서 보다 제한되어 전송될 수 있다. 또한, 단일 모드 도파관과 비교하여, 제1 입력 도파관(104)으로부터 교차 영역(101)으로 광파가 전송될 때, 교차 영역(101)에서의 광파 발산은, 도파관 엔티티의 물리적 폭에 대한, 광파 전송 동안 모드 필드의 폭의 비의 변화로 인해 감소된다. 또한, 제1 입력 도파관(104)에서, 코어층이 동일한 폭을 갖도록 배치되고, 얕은 에칭부도 동일한 폭을 갖도록 배치되어서, 코어층 폭의 변화로 인한, 광파 전송 동안의 모드 필드 변화에 의해 초래되는 에너지 손실은 방지될 수 있다.In particular, since the first waveguide is a multimode waveguide, there is no loss of light wave energy caused when the optical wave is transmitted from the single mode waveguide to the multimode waveguide. When a light wave is transmitted in a three-dimensional waveguide having a two-dimensional limitation, that is, when a light wave is transmitted in the first input waveguide 104, a relatively wide shallow etch having the same material as the core layer is applied to the first input waveguide 104 ), The refractive index of the portion excluding the core layer is relatively increased, so that the light wave can be transmitted in a limited manner in the core layer. In addition, as compared to a single mode waveguide, when a light wave is transmitted from the first input waveguide 104 to the intersection region 101, the light wave dispersion in the crossing region 101 is controlled by the optical wave propagation &Lt; / RTI > due to the variation of the width ratio of the mode field. Further, in the first input waveguide 104, the core layers are arranged so as to have the same width, and the shallow etched portions are arranged so as to have the same width, so that a change in the width of the core layer Energy loss can be prevented.

교차 영역(101)으로부터 제1 출력 도파관(105)으로 광파가 출력되는 경우에, 1차원적인 제한을 갖는 2차원 도파관으로부터 2차원적인 제한을 갖는 3차원 도파관으로 광파가 전송되는 것이 동등하다. 이 경우에, 광파 모드 필드는 다시 변한다. 따라서, 제1 출력 도파관(105)의 그리고 교차 영역(101)에 가까운 단부에서의 코어층은 제1 입력 도파관(104)의 코어층보다 좁게 설정되고, 제1 출력 도파관(105)의 다른 단부에서의 코어층은 폭에 있어서 제1 입력 도파관(104)의 코어층과 동일하고, 제1 출력 도파관(105)의 코어층의 폭은 점차 변한다. 이 구조체는 교차 영역(101)으로부터 제1 출력 도파관(105)으로 광파가 전송될 때 야기되는 발산을 감소시킬 수 있어서, 교차 도파관에서의 광파 전송 동안 발생되는 손실이 더욱 감소될 수 있다. 또한, 제1 출력 도파관(105)의 코어층 주위에 얕은 에칭부가 배치되어, 광파가 제1 출력 도파관(105)의 코어층에서 보다 제한되어 전송될 수 있어서, 광파 전송 동안 발생되는 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.When a light wave is output from the intersection region 101 to the first output waveguide 105, it is equivalent that a light wave is transmitted from a two-dimensional waveguide having a one-dimensional limitation to a three-dimensional waveguide having a two-dimensional limitation. In this case, the light wave mode field changes again. The core layer at the end of the first output waveguide 105 and near the cross region 101 is set to be narrower than the core layer of the first input waveguide 104 and at the other end of the first output waveguide 105 The width of the core layer of the first output waveguide 105 gradually changes, and the width of the core layer of the first output waveguide 105 gradually changes. This structure can reduce the divergence caused when a light wave is transmitted from the intersection region 101 to the first output waveguide 105, so that the loss caused during the light wave transmission in the cross waveguide can be further reduced. Further, a shallow etched portion may be disposed around the core layer of the first output waveguide 105 so that the light wave can be transmitted more limited in the core layer of the first output waveguide 105, thereby reducing the energy loss generated during the light wave transmission .

제2 도파관에서 광파를 전송하는 경우에, 제2 도파관의 구조체 및 광파 손실을 감소시키는 원리는 제1 도파관의 원리와 동일하며, 상세 사항들은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다.In the case of transmitting the light wave in the second waveguide, the principle of reducing the structure and the light wave loss of the second waveguide is the same as the principle of the first waveguide, and details thereof will not be described again in this specification.

또한, 제1 도파관은 리지 도파관일 수 있고, 제2 도파관은 또한 리지 도파관일 수 있다.Also, the first waveguide may be a ridge waveguide, and the second waveguide may also be a ridge waveguide.

또한, 본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관에 있는 코어층 및 얕은 에칭부의 재료들은 실리콘이고, 피복층의 재료는 실리콘 이산화물이다.Further, the materials of the core layer and the shallow etched portion in the cross waveguide provided in this embodiment of the present invention are silicon, and the material of the coating layer is silicon dioxide.

또한, 본 발명의 교차 도파관의 손실 감소 효과를 종래 기술의 교차 도파관의 손실 감소 효과와 보다 명확히 비교하기 위해, 이하에서는 본 발명에 제공되는 교차 도파관의 에너지 손실 성능에 대한 에뮬레이션 테스트를 수행한다. 본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관의 전계 분포 에뮬레이션 결과는 도 2에 도시된다.In order to more clearly compare the loss reduction effect of the cross waveguide of the present invention with the loss reduction effect of the conventional cross waveguide, an emulation test is performed on the energy loss performance of the cross waveguide provided in the present invention. The field distribution emulation results of the cross waveguide provided in this embodiment of the present invention are shown in FIG.

에뮬레이션 데이터에서, 도파관은 코어층 두께가 220 nm인 얇은 실리콘이고, 입사 단부에서의 도파관 코어층의 폭이 10 ㎛이고, 얕은 에칭부의 폭이 14 ㎛이고, 기본 모드 광파가 교차 도파관을 통과하는 데 사용된다. 가로축은 광파의 전파 방향이고, 세로축은 광파의 전파 방향에 수직인 방향이다. 교차 도파관의 교차 영역은 15 ㎛에서 25 ㎛까지의 범위이다. 교차 도파관에서 광파가 전송되는 경우에, 광파에 의해 생성된 전계의 교차 도파관 전체에서의 발산 정도가 단일 모드 도파관의 교차 영역에서의 전계와 비교하여 명백하게 감소되고, 특히 교차 영역에서의 발산이 거의 없기 때문에, 즉 도 2의 전계에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 변경되지 않은 채로 있는 것을 도 2로부터 알 수 있다. 이는 디바이스의 손실이 매우 작다는 것을 나타낸다.In the emulation data, the waveguide is thin silicon with a core layer thickness of 220 nm, the width of the waveguide core layer at the incidence end is 10 microns, the width of the shallow etch is 14 microns, and the fundamental mode light waves pass through the cross waveguide Is used. The horizontal axis is the propagation direction of the light wave, and the vertical axis is the direction perpendicular to the propagation direction of the light wave. The crossing area of the crossed waveguide ranges from 15 탆 to 25 탆. The degree of divergence of the electric field generated by the light wave in the entirety of the cross waveguide of the cross waveguide is apparently reduced as compared with the electric field in the cross region of the single mode waveguide, 2, that is, in the electric field of Fig. 2, it remains unchanged from left to right. This indicates that the loss of the device is very small.

디바이스의 손실이 매우 작기 때문에, 획득된 결과가 안정적이고 신뢰성이 있음을 보장하기 위해 안정성 연구가 수치 에뮬레이션 결과에 대해 수행될 필요가 있다. 도 3은 빔 전파 방법(BPM)을 이용하여 수행된 수치 안정성 연구의 결과이다. 도 4는 유한 차분 시간 도메인(FDTD) 방법을 사용하여 수행된 수치 안정성 연구의 결과이다.Because the loss of the device is very small, a stability study needs to be performed on the numerical emulation results to ensure that the results obtained are stable and reliable. Figure 3 is the result of a numerical stability study conducted using a beam propagation method (BPM). Figure 4 is the result of a numerical stability study conducted using a finite difference time domain (FDTD) method.

세로축은 교차 도파관의 입력 단부로부터 교차 도파관의 출력 단부까지의 광파 전송 동안 발생되는 손실이고, 가로축은 선택된 그리드의 크기이다. 그리드는 에뮬레이션 이미지의 정밀도를 반영한다. 그리드가 상대적으로 작게 설정되면 에뮬레이션 정밀도가 상대적으로 높다. 교차 도파관에서의 광파 전송 프로세스에서, BPM을 이용하여 수행된 수치 안정성 분석의 결과는 FDTD를 이용하여 수행된 수치 안정성 분석의 결과와 잘 일치한다는 것을 도 3 및 도 4로부터 알 수 있다. 이는 획득된 결과가 신뢰할 수 있음을 나타낸다. 또한, 교차 도파관의 손실은 0.023 dB임을 도 3 및 도 4의 에뮬레이션 결과들로부터 알 수 있다.The vertical axis is the loss generated during the transmission of the light wave from the input end of the cross waveguide to the output end of the cross waveguide, and the horizontal axis is the size of the selected grid. The grid reflects the precision of the emulated image. When the grid is set relatively small, the emulation precision is relatively high. It can be seen from FIGS. 3 and 4 that in the light wave transmission process in the cross waveguide, the results of the numerical stability analysis performed using BPM are in good agreement with the results of the numerical stability analysis performed using FDTD. This indicates that the obtained result is reliable. It can also be seen from the emulation results of FIGS. 3 and 4 that the loss of the cross waveguide is 0.023 dB.

본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관은 제1 도파관 및 제2 도파관을 포함하고, 제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되며, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역이고, 제1 도파관 및 제2 도파관은 얕은 에칭부 및 코어층을 각각 포함하고, 얕은 에칭부는 코어층의 축에 대해 길이 방향으로 코어층의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포된다. 입력 단부는 동일한 폭을 갖도록 배치되고, 출력 단부에서의 코어층의 폭은 적절하게 조정되어, 교차 도파관에서 광파 전송 동안 발생되는 에너지 손실이 효과적으로 감소될 수 있다.The cross waveguide provided in this embodiment of the present invention includes a first waveguide and a second waveguide, wherein the first waveguide and the second waveguide are arranged perpendicularly and intersecting each other, and the intersection portion of the first waveguide and the second waveguide Wherein the first waveguide and the second waveguide each comprise a shallow etch and a core layer, wherein the shallow etch is symmetrical on the two sides of the core layer in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer . The input ends are arranged to have the same width and the width of the core layer at the output end is appropriately adjusted so that the energy loss generated during the light wave transmission in the cross waveguide can be effectively reduced.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 교차 도파관의 개략적인 구조도이다. 본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관은 출력 도파관에서 얕은 에칭부의 폭을 변화시키는 시나리오에 적용된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관은 제1 도파관 및 제2 도파관을 포함한다. 제1 도파관 및 제2 도파관은 수직으로 그리고 교차식으로 배치되어 교차 영역(201)을 형성하고, 제1 도파관 및 제2 도파관은 얕은 에칭부 및 코어층을 각각 포함한다. 제1 도파관 및 제2 도파관의 조성물은 도 1에 도시된 교차 도파관의 조성물과 동일하다. 또한, 본 발명의 이러한 실시예에서 제공되는 교차 도파관에 의한 광파 손실을 감소시키는 원리는 도 1에 도시된 교차 도파관에 의한 광파 손실을 감소시키는 원리와 동일하고, 상세 사항들은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다.5 is a schematic structural view of a cross waveguide according to a second embodiment of the present invention. The cross waveguide provided in this embodiment of the present invention is applied to a scenario that changes the width of the shallow etch in the output waveguide. As shown in FIG. 5, the cross waveguide provided in this embodiment of the present invention includes a first waveguide and a second waveguide. The first waveguide and the second waveguide are disposed vertically and intersectively to form the intersection region 201, wherein the first waveguide and the second waveguide each include a shallow etch and a core layer. The composition of the first waveguide and the second waveguide is the same as that of the cross waveguide shown in FIG. In addition, the principle of reducing the wave loss by the cross waveguide provided in this embodiment of the present invention is the same as the principle of reducing the wave loss by the cross waveguide shown in Fig. 1, and the details will be described again Do not.

제1 도파관의 일 단부는 제1 입력 도파관(202)이고, 제1 도파관의 다른 단부는 제1 출력 도파관(203)이다. 제2 도파관의 일 단부는 제2 입력 도파관이고, 제2 도파관의 다른 단부는 제2 출력 도파관이다.One end of the first waveguide is the first input waveguide 202 and the other end of the first waveguide is the first output waveguide 203. One end of the second waveguide is a second input waveguide and the other end of the second waveguide is a second output waveguide.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 실시예에서 제공된 교차 도파관에서의 제1 도파관 및 제2 도파관의 코어층의 폭은 동일하다. 전체 구조체에서, 코어층의 폭은 변하지 않은 채로 있고, 제1 출력 도파관(203)의 얕은 에칭부의 폭과 제2 출력 도파관의 얕은 에칭부의 폭만이 변경된다. 즉, 제1 출력 도파관(203) 내의 그리고 교차 영역(201)에 가까운 일 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제1 입력 도파관(202)의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리보다 작고, 제1 출력 도파관(203)의 다른 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제1 입력 도파관(202)의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리와 동일하고, 얕은 에칭부들 사이의 거리는 점차 넓어진다. 제2 도파관은 제1 도파관과 동일한 구조체를 갖는다, 즉 제2 출력 도파관 내의 그리고 교차 영역에 가까운 일 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리보다 작고, 제2 출력 도파관의 다른 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 제2 입력 도파관의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리와 동일하다. 얕은 에칭부의 폭이 피복층의 상대 굴절률에 직접 영향을 주기 때문에, 이러한 구조체를 사용하는 것에 의해, 제1 출력 도파관(203) 및 제2 출력 도파관에서의 얕은 에칭부의 폭들이 최적화되어서, 광파가 교차 영역을 통과한 후에 출력 도파관에 입사하는 경우에 발생되는 발산 손실이 감소될 수 있다.As shown in FIG. 5, the widths of the core layers of the first waveguide and the second waveguide in the cross waveguide provided in this embodiment of the present invention are the same. In the entire structure, the width of the core layer remains unchanged, and only the width of the shallow etched portion of the first output waveguide 203 and the width of the shallow etched portion of the second output waveguide are changed. That is, the distance between the outer portions of the shallow etched portions in the first output waveguide 203 and at one end near the crossing region 201 is smaller than the distance between the outer portions of the shallow etched portions of the first input waveguide 202, The distance between the outer portions of the shallow etch portion at the other end of the one output waveguide 203 is equal to the distance between the outer portions of the shallow etch portion of the first input waveguide 202 and the distance between the shallow portions is gradually widened. The second waveguide has the same structure as the first waveguide, that is, the distance between the outer portions of the shallow etched portion at one end in the second output waveguide and near the crossing region is less than the distance between the outer portions of the shallow etched portion of the second input waveguide And the distance between the outer portions of the shallow etch at the other end of the second output waveguide is equal to the distance between the outer portions of the shallow etch of the second input waveguide. By using such a structure, the widths of the shallow etched portions in the first output waveguide 203 and the second output waveguide are optimized, because the width of the shallow etched portion directly affects the relative refractive index of the covering layer, The divergence loss occurring when the waveguide enters the output waveguide can be reduced.

또한, 본 발명의 교차 도파관의 손실 감소 효과를 종래 기술의 교차 도파관의 손실 감소 효과와 보다 명확히 비교하기 위해, 이하에서는 본 발명에 제공된 교차 도파관의 에너지 손실 성능에 대한 에뮬레이션 테스트를 수행한다. 에뮬레이션에서, 코어층 두께가 220 nm인 도파관이 사용되고, 도파관의 재료는 실리콘이고, 입사 단부에서의 코어층의 폭은 10 ㎛이고, 출력 단부에서의 코어층의 폭은 10 ㎛이고, 입력 단부에서의 얕은 에칭부의 외측부들 사이의 거리는 14 ㎛이다. 또한, 기본 모드 광파가 교차 도파관을 통과하는 데 사용된다. 가로축은 광파의 전파 방향이고, 세로축은 광파의 전파 방향에 수직인 방향이다. 교차 도파관에서 광파가 전송되는 경우에, 광파에 의해 생성된 전계의, 교차 도파관 전체에서의 발산 정도는 종래 기술의 발산 정도에 비해 명백하게 감소되고, 특히 교차 영역에서의 발산은 거의 발생하지 않는다, 즉 전계는 변하지 않은 채로 있다. 이는 디바이스의 손실이 매우 작다는 것을 나타낸다.In order to more clearly compare the loss reduction effect of the cross waveguide of the present invention with the loss reduction effect of the prior art cross waveguide, an emulation test is performed on the energy loss performance of the cross waveguide provided in the present invention. In the emulation, a waveguide with a core layer thickness of 220 nm is used, the material of the waveguide is silicon, the width of the core layer at the input end is 10 mu m, the width of the core layer at the output end is 10 mu m, The distance between the outer portions of the shallow etched portions is 14 占 퐉. Also, basic mode light waves are used to pass through the cross waveguide. The horizontal axis is the propagation direction of the light wave, and the vertical axis is the direction perpendicular to the propagation direction of the light wave. When the light wave is transmitted in the cross waveguide, the degree of divergence of the electric field generated by the light wave in the whole cross waveguide is apparently reduced compared to the degree of divergence in the prior art, and in particular, The electric field remains unchanged. This indicates that the loss of the device is very small.

본 발명의 이러한 실시예에 제공된 교차 도파관은 제1 도파관과 제2 도파관을 포함하고, 제1 도파관과 제2 도파관은 서로 수직이고 교차식으로 배치되며, 제1 도파관과 제2 도파관의 교차 부분에 의해 형성된 영역은 교차 영역이고, 제1 도파관 및 제2 도파관은 얕은 에칭부 및 코어층을 각각 포함하고, 얕은 에칭부는 코어층의 축에 대해 길이 방향으로 코어층의 2개의 측부 상에 대칭으로 분포된다. 입력 단부는 동일한 폭을 갖도록 배치되고, 출력 단부에서의 얕은 에칭부의 폭은 적절하게 조정되어, 교차 도파관에서 광파 전송 동안 발생되는 에너지 손실이 효과적으로 감소될 수 있다.The cross waveguide provided in this embodiment of the present invention includes a first waveguide and a second waveguide, wherein the first waveguide and the second waveguide are disposed perpendicularly and intersecting each other, and the crossing portion of the first waveguide and the second waveguide Wherein the first waveguide and the second waveguide each comprise a shallow etched portion and a core layer, the shallow etched portions being distributed symmetrically on two sides of the core layer in the longitudinal direction with respect to the axis of the core layer do. The input end is arranged to have the same width and the width of the shallow etched portion at the output end is appropriately adjusted so that the energy loss generated during the light wave transmission in the cross waveguide can be effectively reduced.

본 발명의 다른 실시예는 도 1 또는 도 5에 도시된 적어도 하나의 교차 도파관을 포함하는 스위치 매트릭스를 제공한다. 교차 도파관의 구현 원리 및 기술적 효과는 유사하며, 상세 사항들은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다.Another embodiment of the present invention provides a switch matrix comprising at least one crossed waveguide as shown in FIG. 1 or FIG. The implementation principles and technical effects of the crossed waveguides are similar, and details are not described here again.

마지막으로, 전술한 실시예들은 본 발명을 제한하기 위해서가 아니라, 본 발명의 기술적 해결책들을 설명하기 위해서 의도되는 것일 뿐이라는 점이 주목되어야 한다. 본 발명이 전술한 실시예들을 참조하여 상세히 설명되지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은, 본 발명의 실시예들의 기술적 해결책들의 범위로부터 벗어나지 않고도, 전술한 실시예들에서 설명되는 기술적 해결책들에 수정들을 또한 가할 수 있거나, 또는 그 일부 또는 전부의 기술적 특징들에 대해 등가의 치환들을 행할 수 있다는 점을 이해해야 한다.Finally, it should be noted that the above-described embodiments are not intended to limit the present invention, but merely to illustrate the technical solutions of the present invention. Although the present invention has been described in detail with reference to the above-described embodiments, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope of technical solutions of the embodiments of the present invention, , Or equivalent substitutions may be made with respect to the technical features of some or all of them.

Claims

As a cross waveguide,
A first waveguide and a second waveguide,
Wherein the first waveguide and the second waveguide are arranged orthogonally and intersectively, and the region formed by the intersection of the first waveguide and the second waveguide is an intersection region,
Wherein the first waveguide and the second waveguide each include a shallow etch and a core layer, the shallow etch is distributed symmetrically on two sides of the core layer in a longitudinal direction relative to an axis of the core layer,
Wherein one end of the first waveguide is a first input waveguide and the other end is a first output waveguide, one end of the second waveguide is a second input waveguide and the other end is a second output waveguide,
The core layers of the first input waveguide are arranged to have the same width, the distances between the outer sides of the shallow etched portion of the first input waveguide are the same,
The core layers of the second input waveguide are arranged to have the same width and the distances between the outer sides of the shallow etched portion of the second input waveguide are the same,
The core layer at one end of the first output waveguide and near the intersection region being narrower than the core layer of the first input waveguide and the core layer at the other end of the first output waveguide being narrower than the core layer of the first input waveguide, Wherein a core layer at one end of the second output waveguide and near the crossing region is identical in width to the core layer and the distances between the outer sides of the shallow etched portions of the first output waveguide are the same, And the core layer at the other end of the second output waveguide is the same in width as the core layer of the second input waveguide and between the outer sides of the shallow etched portion of the second output waveguide Are the same,
Wherein the distance between the outer sides of the shallow etched portion at one end within the first output waveguide and near the intersecting region is less than the distance between the outer portions of the shallowed etch portion of the first input waveguide, The distance between the outer sides of the shallow etch at the other end being equal to the distance between the outer sides of the shallow etch of the first input waveguide and at one end within the second output waveguide and near the crossing area, The distance between the outer portions of the shallow etched portion is less than the distance between the outer portions of the shallow etched portion of the second input waveguide and the distance between the outer portions of the shallow etched portion at the other end of the second output waveguide is less than the distance between the second input Equal to said distance between said outer portions of said shallow etched portion of said waveguide, wave-guide.

The method according to claim 1,
Wherein the core layer is thicker than the shallow etched portion.

The method according to claim 1,
Wherein the first waveguide and the second waveguide are each parallel to the axis.

The method according to claim 1,
Wherein the first output waveguide is gradually widened and the second output waveguide is gradually widened.

The method according to claim 1,
Wherein the shallow etched portion of the first output waveguide is gradually widened and the shallow etched portion of the second output waveguide is gradually widened.

The method according to claim 1,
Wherein both the first waveguide and the second waveguide are multimode waveguides.

The method according to claim 1,
Wherein both the first waveguide and the second waveguide are ridge waveguides.

The method according to claim 1,
Wherein the shallow etch is the same in material as the core layer.

The method according to claim 1,
The distances between the center of the intersection region and the two ends of the first waveguide are the same,
Wherein the distances between the center of the intersection region and the two ends of the second waveguide are the same.

A switch matrix comprising at least one crossed waveguide according to any one of the claims 1 to 9.